JP2000040958A - 基準周波数・タイミング発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原子周波数標準器を内蔵する人工衛星からの電
波あるいはこれに類する超高精度の基準信号を受信し
て、高精度な基準周波数を発生し、かつ超高精度な基準
信号の位相に対しても短時間で精密に位相同期可能な基
準周波数・タイミング発生装置を提供する。 【解決手段】電圧制御型水晶発振器を備え、外部からの
基準信号を受けて、前記基準信号に同期追従させ、かつ
前記基準信号のタイミングに対しても位相同期させて高
精度な基準周波数を発生する基準周波数・タイミング発
生装置において、上記基準信号と電圧制御型水晶発振器
との所定複数Ｎ回の位相偏差を相加平均した位相差平均
値を求め、前記位相差平均値が所定以上の偏差を示すと
きは現在の位相状態に対して所定の位相補正期間、所定
の偏差補正量を一時的に付与して位相同期制御を行う手
段を備える基準周波数・タイミング発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子周波数標準
器を内蔵する人工衛星からの電波あるいはこれに類する
超高精度の基準信号を受信して、高精度な基準周波数を
発生する基準周波数・タイミング発生装置に関する。特
に外部の超高精度な基準信号と内部発振器との位相制御
を備える基準周波数・タイミング発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来公知技術としては、特開平０９−２
２１３８４号公報の「基準周波数発生装置」がある。
尚、人工衛星からの電波を受信して、高精度な基準周波
数を発生する基準周波数発生装置の従来公知技術として
は、特開平０６−３１４１９２号公報の「基準周波数発
生装置」がある。従って本課題に係る部分を除き説明を
省略する。

【０００３】図７に従来の構成例を示す。これによれ
ば、位相差制御手段３０において、比較的長い所定測定
間隔Ｔm、例えば１０００秒期間に得た時間間隔測定部
１２からの所定の複数個の位相差データＴidを受けて、
この複数個の位相差データＴidの平均値を算出した位相
差平均値Φavを、所定の位相閾値Φthと比較し、もし位
相閾値Φthを超える場合には周波数制御用演算手段１３
を一時停止させ、比較的長い所定補正期間Ｔcont、例え
ば１０００秒において位相差平均値Φavがゼロとなる周
波数補正量Ｄfadjを算出し、ＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）１４
の現時点の周波数制御値Ｄf0に前記周波数補正量Ｄfadj
を加算した値をＤＡ変換器へ与えて所定補正期間Ｔcon
t、緩やかに位相差をゼロに収束させる位相制御手段で
ある。これにより、外部からの超高精度な基準信号と内
部発振器との位相差が所望位相範囲内となるように緩や
かに位相制御させた高精度の基準周波数発生装置を実現
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで位相計測時間
と位相検出精度にはトレードオフの関係がある。例え
ば、位相計測時間が１０００秒もの長い時間であるた
め、位相差検出に多くの時間をかけてしまう。逆に前記
の位相計測時間が短い場合には長時間に渡る微量な位相
差を検出できず、適切なる位相制御が困難な場合があっ
た。特に、周波数偏差がある程度収束した初期状態にお
いては、内部時刻信号Ｖ１ppsと衛星電波受信機で復調
される基準の時刻信号である１秒パルス信号Ｓ１ppsと
の位相差データＴidは不定状態にある。もし、その位相
差データＴidが大きな場合には、位相制御する周波数オ
フセット量ｆoffを大きくとれない為に、位相差をゼロ
に収束させる迄には長時間必要とする難点がある。逆
に、位相制御する周波数オフセット量ｆoffを大きくす
ると、収束点付近での無用の挙動を示して収束不具合を
生じたり、また高精度の基準周波数自体の過度な変動を
与えて実用上の支障を来す場合がある。これらの観点か
ら、従来技術の位相制御手段には実用上の難点がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、原子周波数
標準器を内蔵する人工衛星からの電波あるいはこれに類
する超高精度の基準信号を受信して、高精度な基準周波
数を発生し、かつ超高精度な基準信号の位相に対しても
短時間で精密に位相同期可能な基準周波数・タイミング
発生装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１に、上記課題を解決
するために、本発明の構成では、電圧制御型水晶発振器
を備え、外部からの超高精度な基準信号を受けて、前記
基準信号に緩やかに同期追従させ、かつ前記基準信号の
タイミングに対しても位相同期させて高精度な基準周波
数を発生する基準周波数・タイミング発生装置におい
て、上記基準信号と当該電圧制御型水晶発振器との所定
複数Ｎ回の位相偏差を相加平均した位相差平均値を求
め、前記位相差平均値が所定以上の偏差を示すときは現
在の位相状態に対して所定の位相補正期間、所定の偏差
補正量を一時的に付与して短期的に強制的な位相同期制
御を行う手段を備えることを特徴とする基準周波数・タ
イミング発生装置である。上記発明によれば、原子周波
数標準器を内蔵する人工衛星からの電波あるいはこれに
類する超高精度の基準信号（例えば時刻信号）を受信し
て、高精度な基準周波数を発生し、かつ超高精度な基準
信号の位相に対しても短時間で精密に位相同期可能な基
準周波数・タイミング発生装置が実現できる。

【０００６】第２に、上記課題を解決するために、本発
明の構成では、電圧制御型水晶発振器を備え、外部から
の超高精度な基準信号を受けて、前記基準信号に緩やか
に同期追従させ、かつ前記基準信号のタイミングに対し
ても位相同期させて高精度な基準周波数を発生する基準
周波数・タイミング発生装置において、電源投入して所
定のウオームアップの後においては、受信した上記基準
信号の位相状態に強制的に位相合わせをし、以後は上記
基準信号と当該電圧制御型水晶発振器との所定複数Ｎ回
の位相偏差を相加平均した位相差平均値Φavを求め、前
記位相差平均値Φavが所定以上の偏差を示すときは現在
の位相状態に対して所定の位相補正期間、所定の偏差補
正量、即ち周波数オフセット量ｆoffを一時的に付与し
て短期的に強制的な位相同期制御を行う手段を備えるこ
とを特徴とする基準周波数・タイミング発生装置があ
る。

【０００７】第１図は、本発明に係る解決手段を示して
いる。第３に、上記課題を解決するために、本発明の構
成では、電圧制御型水晶発振器１０を備え、外部からの
超高精度な基準信号（例えば１秒パルス信号Ｓ１pps）
を受けて、上記電圧制御型水晶発振器１０の発振周波数
ｆoscを所定に分周した位相比較用の内部時刻信号Ｖ１p
psと上記基準信号との位相差を検出し、検出した位相差
データＴidの偏差により上記電圧制御型水晶発振器１０
の電圧制御入力端を制御して、外部の上記基準信号に緩
やかに同期追従、及び位相同期させて、高精度な基準周
波数を発生する基準周波数・タイミング発生装置におい
て、電源投入して所定のウオームアップの後、若しくは
所定長期間に渡って上記基準信号の受信停止状態から回
復した後に、電圧制御型水晶発振器１０の発振周波数ｆ
oscを所定に分周した位相比較用の内部時刻信号Ｖ１pps
を発生する分周手段（例えば分周器１５）の分周値をリ
セット実施して強制的に位相合わせを行う位相強制リセ
ット手段６０を具備し、所定の測定間隔Ｔm毎に上記基
準信号と上記内部時刻信号Ｖ１ppsとの位相差データＴi
dを所定サンプリング個数Ｎm個受けて、前記所定サンプ
リング個数Ｎm個を含む以前に得た相加平均する所定平
均個数Ｎの位相差データＴidを相加平均した位相差平均
値Φavを求め、第１に、前記で求めた位相差平均値Φav
が所定位相差未満の偏差値の場合は、上記電圧制御型水
晶発振器１０の発振周波数ｆoscを通常の緩やかなＰＬ
Ｌループ制御手法による高精度な周波数制御を行い、第
２に、上記で求めた位相差平均値Φavが所定位相差以上
の偏差値の場合は、上記位相差平均値Φavを収束方向に
補正する所定周波数オフセット量ｆoffを求め、当該時
点から直ちに所定の位相補正期間Ｔ２の間、前記周波数
オフセット量ｆoffをＤＡ変換器１４の設定値へ加算付
与して位相差ゼロ方向へ強制的な位相補正を行う精密位
相差収束手段を具備することを特徴とする基準周波数・
タイミング発生装置がある。

【０００８】また、位相差平均値Φavの偏差量が大きい
ときは位相補正を行う位相補正期間Ｔ２を長く、偏差量
が小さいときは位相補正期間Ｔ２を短くして、前記位相
差平均値Φavに応じて位相制御パラメータである位相補
正期間Ｔ２を段階的に変更して位相補正を行うことを特
徴とする上述基準周波数・タイミング発生装置がある。
また、位相差平均値Φavの偏差量が大きいときは位相補
正を行う周波数オフセット量ｆoffを大きくし、偏差量
が小さいときは前記周波数オフセット量ｆoffを小さく
して、前記位相差平均値Φavに応じて位相制御パラメー
タである電圧制御型水晶発振器１０の発振周波数の周波
数オフセット量ｆoffを段階的に変更して位相補正を行
うことを特徴とする上述基準周波数・タイミング発生装
置がある。

【０００９】また、位相差平均値Φavの偏差量が大きい
ときは相加平均する相加平均個数Ｎを小さく、偏差量が
小さいときは前記相加平均個数Ｎを大きくして、前記位
相差平均値Φavに応じて位相制御パラメータである相加
平均個数Ｎを段階的に変更して位相補正を行うことを特
徴とする上述基準周波数・タイミング発生装置がある。

【００１０】また、位相差平均値Φavにおいて複数種類
（例えば６種類）の異なる相加平均個数Ｎを用いて各々
位相差平均値（例えばΦavＳ１、ΦavＳ２、ΦavＳ３、
ΦavＳ４、ΦavＳ５、ΦavＳ６）を求め、求めた各々の
位相差平均値Φavに対応する位相差閾値Ｔthで位相差を
比較し、何れかが閾値超えした場合に位相制御を行う行
うことを特徴とする上述基準周波数・タイミング発生装
置がある。

【００１１】尚、基準信号としては、原子周波数標準器
を内蔵する人工衛星の電波による超高精度な基準信号
（１秒パルス信号Ｓ１pps）とする上述基準周波数・タイ
ミング発生装置がある。また、基準信号としては、国家
標準の標準電波を受信する標準電波受信機による超高精
度な基準信号とする上述基準周波数・タイミング発生装
置がある。第５図は、本発明に係る解決手段を示してい
る。また、基準信号としては、通信網あるいは放送網で
配信される信号の受信による超高精度な基準信号とする
上述基準周波数・タイミング発生装置がある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施
例と共に図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】本発明について、図１の基準周波数発生装
置の構成例と、図２の位相強制リセット手段の具体回路
例と、図３の制御フローチャートと、図４の制御動作を
説明するタイムチャートと、図５の位相補正の制御パラ
メータの一例と、図８の位相収束推移における各ステー
ジ毎の位相差閾値との比較結果例と、を参照して以下に
説明する。尚、従来構成に対応する要素は同一符号を付
す。

【００１４】本発明では、電圧制御型水晶発振器１０が
短期間においては安定した発振源である点に着目して、
所定短期間における位相差平均値Φavを求め、これを基
にして、ＤＡ変換器１４に所定補正期間の間微少の周波
数オフセット量ｆoffを付与して緩やかに位相差をゼロ
に強制収束させる手段と、所定のウオームアップの後に
位相強制リセット手段６０によるおおまかな位相差の確
定と、位相平均時間やＤＡ変換器１４へ与える周波数オ
フセット量ｆoff、即ち周波数補正量Ｄfadjを段階的に
ダイナミックに切り替えて、高速、かつ精密な位相差収
束手段を備えるものである。

【００１５】本発明の要部構成は、図１に示すように、
従来構成要素である衛星電波受信機１１と、時間間隔測
定部１２と、周波数制御用演算手段１３と、加算器５０
と、ＤＡ変換器１４と、分周器１５と、電圧制御型水晶
発振器（ＶＣＸＯ）１０と、周波数変換器Ａ・１７と、
周波数変換器Ｂ・１６と、温度センサー２９との構成に
対して、本発明の構成要素である位相差制御手段３０ｂ
と、位相強制リセット手段６０を追加した構成で成る。
但し、本発明の分周器１５は出力状態をリセット可能な
リセット入力端を備える分周器とする。

【００１６】位相強制リセット手段６０は、所望のウオ
ームアップをし、初期周波数引き込み後において、位相
差を±１μｓ以内に強制位相同期するものである。即
ち、衛星電波受信機１１からの基準信号である１秒パル
ス信号Ｓ１ppsは様々な擾乱を含んでいるものの、瞬時
的には最大でも、ほぼ±１μｓ程度である。これを利用
して強制的に±１μｓ以内に強制位相同期する。

【００１７】図２に示す具体回路例では、Ｄフリップ・
フロップ６２と、ＡＮＤゲート６４とで成る。この動作
は、位相差制御手段３０ｂからのリセット起動信号３４
をクロック入力端に受けて、出力状態ＱをセットしてＡ
ＮＤゲート６４が開き、衛星電波受信機１１からの１秒
間隔のパルス信号である１秒パルス信号Ｓ１ppsのパル
スをＡＮＤゲート６４の他端に受けた瞬間に、リセット
パルス６０ｐが発生出力されて分周器１５の出力状態が
ゼロにリセットする。これと同時に、Ｄフリップ・フロ
ップ６２の出力状態Ｑもリセットされる。この結果、基
準信号である１秒パルス信号Ｓ１ppsに強制的に同期さ
れることとなる。例えば分周器１５の分周用のクロック
である出力周波数ｆoutが１０ＭＨｚとすると０．１μ
ｓ分解能単位に強制位相同期される。だがしかし、上記
したように、基準信号である１秒パルス信号Ｓ１pps自
体が瞬時において最大±１μｓ程度の擾乱を含んでいる
為、±１μｓ以内の粗い位相合わせが実現される。この
結果、数百μｓにも及ぶ大きな位相差を有していても直
ち±１μｓ以内に強制収束される。このことは、従来の
ような長い時間に渡って大きな周波数オフセット量ｆof
fを付与する位相制御が不要となる大きな利点が得られ
る。

【００１８】位相差制御手段３０ｂは従来とは異なる位
相の制御手段である。即ち、第１に、上述した分周器１
５を強制リセットするリセット起動信号３４を供給し、
第２に、以後は±１μｓ以下の微少な位相差に対して、
段階的条件で精密な位相差収束制御を行う。

【００１９】第１の位相制御手段は、分周器１５の強制
リセットによる位相制御である。即ち、電源投入して所
定のウオームアップの後、上記位相強制リセット手段６
０へリセット起動信号３４を供給して強制リセットをす
る。また、所定長期間に渡って上記基準信号の受信停止
状態から回復した後、若しくはその他の条件で測定され
た位相差データＴidが例えば１μｓ以上にあるときにお
いても、所望により強制リセットを行う。

【００２０】第２の位相制御手段は、ＤＡ変換器１４に
よる周波数制御を所定短時間一時停止させ、この所定短
時間（例えば１〜４秒間）において微少量の位相制御を
強制的に行う。このときに段階的条件を用いて緩やかに
精密に位相差収束制御を行う。この段階的な変更条件と
しては、３つのパラメータがあり、位相差平均値Φavを
求める平均個数Ｎ個と、強制的に位相制御を付与する位
相補正時間と、強制的に位相制御を付与する付与量（周
波数オフセット量ｆoff）とがある。尚、上記強制位相
制御の実行中は、位相差制御手段３０ｂから周波数制御
用演算手段１３へ一時停止信号３２を供給して通常の周
波数制御動作を一時停止させ、ＤＡ変換器１４へ供給し
ている現時点の周波数制御値Ｄf0を保持させ、更に、後
述する所定の周波数補正量ＤfadjをＤＡ変換器１４へ与
える。

【００２１】上記位相制御手段の動作について、図４の
タイムチャートを参照して説明する。図４において、上
側の縦軸は位相差Ｔidであり、下側の縦軸はＤＡ変換器
１４へ加算付与するＤＡ設定値であり、横軸は経時であ
る。また、図４上側の位相差Ｔidの推移において、黒点
は１秒毎に測定される位相差データＴidの推移であり、
擾乱に伴うばらつきを示している。尚、簡明な表現とす
る為、黒点の個数は実際より少ない。また、測定間隔Ｔ
mは位相差データＴidを所定サンプリング個数Ｎm個取得
する区間である。また、位相差閾値±Ｔthのレベルは位
相制御に遷移するか否かのスレッショルド・レベルであ
り後述するステージ毎に異なるレベルを各々持つ。他
方、図４下側のＤＡ設定値の推移において、Ｔ１は通常
の周波数制御期間であり、Ｔ２は短時間の位相補正期間
であり、ｆoffはこの位相補正期間Ｔ２に付与する一定
した周波数オフセット量である。

【００２２】先ず、図４Ａの最初に位置する位相差Φ０
は、上述第１の位相制御手段により分周器１５をリセッ
トして位相差を±１μｓ以内に強制位相同期させた時点
の状態である。この後、位相差制御手段３０ｂは、所定
の測定間隔Ｔm毎に直前までの所定の複数Ｎ個を相加平
均した位相差平均値Φav１、Φav２、Φav３、Φav４を
求める。尚、所定の複数Ｎ個の値は後述するが、ステー
ジ毎に異なる値である。第１に、得られた位相差平均値
において、位相差平均値Φav１、及びΦav４地点では位
相差閾値±Ｔth以内であるから、位相制御は行われず、
周波数制御用演算手段１３による通常の周波数制御が行
われる。従って、ＤＡ設定値は周波数制御用演算手段１
３から制御されて推移１０１、１０２、１０３になる。
第２に、位相差平均値Φav２、及びΦav３地点では位相
差閾値±Ｔthを超えているので、直ちに位相制御が行わ
れる。即ち、短期間の所定の位相補正期間Ｔ２、例えば
１〜４秒間に現時点のＤＡ設定値に対して一定した周波
数オフセット量ｆoffを加算付与する。従って、この短
期間のみ位相制御が行われた後、再び通常の周波数制御
状態に戻る。これにより、所定の測定間隔Ｔmの短期間
である所定サンプリング個数Ｎm個の新しい位相差デー
タＴidと、それ以前に得た（Ｎ−Ｎm）個の位相差デー
タＴidとを対象として相加平均した位相差平均値Φavに
より、直ちに位相制御ができる利点が得られる。

【００２３】次に、図３に示すフローチャートについ
て、図５の位相補正の制御パラメータを参照して更に説
明する。ステップ３０２は、電源投入後、装置内が所定
の恒温状態にウオームアップする迄のウオームアップ待
ちであり、例えば数十分かかる。

【００２４】ステップ３０４は、ＶＣＸＯ１０の発振周
波数ｆoscが所定に初期周波数引き込みされるまでの待
ち時間である。要求される周波数精度にもよるが、例え
ば数時間以上かかる。

【００２５】ステップ３０６は、上述した第１の位相制
御手段である分周器１５の強制リセットによる位相制御
である。この段階で、直ちに±１μｓ以内の位相収束状
態になる。従って、ステップ３１０〜３２２では、残り
±１μｓ以内の小さな位相差を対象として精密に位相制
御すれば良いこととなる。

【００２６】ステップ３１０は、例えば所定の測定間隔
Ｔm＝６０秒期間、即ちサンプリング個数Ｎm＝６０点の
新たな位相差データＴidを取得した都度において、図５
の各ステージ１〜６に示す平均個数Ｎで各々位相差平均
値ΦavＳ１、ΦavＳ２、ΦavＳ３、ΦavＳ４、ΦavＳ
５、ΦavＳ６を算出する。即ち、ステージ１ではＮ＝３
２個の現時点までの最新の位相差データＴid群を相加平
均した位相差平均値ΦavＳ１を算出する。但し、本ステ
ージ１では相加平均個数が３２であるがサンプリング個
数Ｎmが６０点であるからして相加平均個数を６０とし
て用いる方が良い。同様に、ステージ２ではＮ＝１２８
個の最新の位相差データＴid群を相加平均した位相差平
均値ΦavＳ２を算出し、ステージ３ではＮ＝５１２個の
最新の位相差データＴid群を相加平均した位相差平均値
ΦavＳ３を算出し、ステージ４ではＮ＝２０４８個の最
新の位相差データＴid群を相加平均した位相差平均値Φ
avＳ４を算出し、ステージ５ではＮ＝１６３８４個の最
新の位相差データＴid群を相加平均した位相差平均値Φ
avＳ５を算出し、ステージ６ではＮ＝３２７６８個の最
新の位相差データＴid群を相加平均した位相差平均値Φ
avＳ６を算出する。但し、未だ取得した位相差データＴ
idの個数が対応する平均個数Ｎに満たない初期段階にお
いては、当該ステージの位相差平均値Φavは利用不可と
するフラグをセット、若しくはステップ３１２の比較で
閾値以上となる大きな値をセットしておく。

【００２７】尚、上記ステップ３１０で使用される所定
の測定間隔Ｔmとしては、第１に、上述したように常に
固定した測定間隔Ｔmの値、例えば６０秒固定とする第
１の方法以外に、以下の第２の方法がある。即ち、位相
収束初期の段階ではステージ４，５，６が位相差閾値Ｔ
thを超えた状態（図８Ａ参照）を検出するが、やがて安
定収束段階になると、例えばステージ４，５が位相差閾
値Ｔth以下の状態（図８Ｃ，Ｄ，Ｅ参照）を検出するこ
とに着目し、このステージ毎の検出差異を利用して、位
相収束の初期段階では測定間隔Ｔmの値を、例えば６０
秒として使用し、位相収束段階では例えば５００秒とし
て使用する２段階の測定間隔Ｔmに切替えて実施する方
法としても良い。更に、所望により、前記２段階を３段
階以上の多段階とする測定間隔Ｔmの数値に順次切替え
て実施しても良い。

【００２８】ステップ３１２は、通常の周波数制御を行
うのか、位相制御を行うのかの分岐である。即ち、上記
ステップ３１０で得た所定の測定間隔Ｔmに達した時点
における位相差平均値ΦavＳ１、ΦavＳ２、ΦavＳ３、
ΦavＳ４、ΦavＳ５、ΦavＳ６を受けて、図５に示す各
ステージ１，２，３，４，５，６の対応する位相差閾値
Ｔthの絶対値と各々比較する。ここで位相収束の初期段
階から安定収束段階における各ステージの閾値との比較
結果例を図８に示す。前記各比較で第１に、もし閾値を
超えるステージが１つ以上ある場合（図４Ｃ，Ｅ参照）
は、その中で上位ステージの制御パラメータである周波
数オフセットと、位相補正時間を次のステップ３２２へ
供給して進む。例えば図８Ａの位相制御の初期段階では
全てのステージが閾値超えを検出されるのでステージ１
の制御パラメータ、即ち周波数オフセット値「２ｅ−
８」（ここでｅは指数表現）が周波数オフセット量ｆof
fとして採用され、位相補正時間の値「４．０」秒が位
相補正期間Ｔ２として採用される。位相制御が進んでい
き、図８Ｂの収束途中段階ではステージ５，６のみが閾
値超えを検出されたときはステージ５の制御パラメータ
が採用される。やがて、図８Ｃの安定収束段階ではステ
ージ６が間欠的に閾値超えを検出される程度となり、検
出されたときのみステージ６の制御パラメータが採用さ
れて位相制御が行なわれる。第２に、もし何れのステー
ジにおいても閾値を超えない場合（図４Ｂ，Ｇ及び図８
Ｃ参照）はステップ３３０へ進んで通常の周波数制御が
続行される。

【００２９】ところで、基準信号である１秒パルス信号
Ｓ１ppsが連続的な大きな擾乱に伴って、上位ステージ
２，３で閾値を超える場合（図８Ｄ，Ｅ参照）が希にあ
る。このとき、下位ステージ４，５は長い平均個数Ｎが
使用されているから閾値を超えていないことが検出され
ている。これから、所望により当該上位ステージ２，３
で検出された希な閾値超えに対しては無効にする判定処
理を上記ステップ３１２に備えても良い。

【００３０】ステップ３２２は、ステップ３１２で得た
周波数オフセット量ｆoffと位相補正期間Ｔ２に基づき
実際に位相制御を行う。即ち、図４に示すＣ−Ｄ区間
と、Ｅ−Ｆ区間の位相補正期間Ｔ２に対して、周波数オ
フセット量ｆoffである周波数補正量Ｄfadjを加算器５
０へ供給することで数秒程度の短時間の位相制御が行わ
れる。この後、直ちに通常の周波数制御状態に戻した
後、ステップ３１０に進む。

【００３１】ステップ３３０は、短時間の位相制御はせ
ず、周波数制御用演算手段１３による通常の周波数制御
状態のまま（図４Ｂ，Ｇ参照）である。この状態を維持
してステップ３１０に進む。

【００３２】上述発明によれば、基準信号である１秒パ
ルス信号Ｓ１ppsと電圧制御型水晶発振器１０との間
で、所定の平均個数Ｎの位相偏差を測定し、これらを相
加平均した位相差平均値Φavを各ステージ毎に求め、前
記位相差平均値Φavが所定以上の位相差閾値の偏差を示
すときは現在の位相状態に対して所定の位相補正期間Ｔ
２、所定の偏差補正量、即ち周波数オフセット量ｆoff
を短時間付与して強制的な位相同期制御を行う手段を具
備したことにより、測定間隔Ｔm毎の短時間単位毎に直
ちに所望の位相制御を行うことが可能となる特筆した利
点が得られる。この結果、例えば従来では１０００秒毎
の位相補正であったものが、本発明では測定間隔Ｔmの
値、例えば６０秒毎の短時間でありながら的確なる位相
補正が実現できる。しかも、電圧制御型水晶発振器１０
の発振周波数ｆoscは高精度を維持された状態で発生で
きる利点も得られている。

【００３３】尚、本発明は、上述実施の形態に限るもの
ではない。例えば、位相比較用の内部時刻信号Ｖ１pps
を発生する分周手段、即ち分周器１５の分周値をウオー
ムアップ後に強制リセットする強制リセット手段は、上
述実施の形態より時間がかかっても良い場合には、所望
により位相強制リセット手段６０を削除した構成として
も良い。また、図５に示す制御パラメータである位相差
閾値Ｔth、平均個数Ｎ、周波数オフセット量ｆoff、位
相補正時間（位相補正期間Ｔ２）の各パラメータ値は一
例であり、適切な位相制御がなされる所望のパラメータ
値を用いても良い。また、ステージ１〜６の段数は一例
であり、所望のステージ段数、例えば４〜２０段数にし
ても良い。また、図５に示す制御パラメータである位相
差閾値Ｔth、平均個数Ｎ、周波数オフセット量ｆoff、
位相補正時間の各パラメータ値において、これに近似す
る所望の関数式で算出した値を用いる方法としても良
い。例えば、平均個数Ｎの値では、関数式ｆ（ｘ）＝３
２×２２（ｘ−１）により算出できる。また、図５に示
す制御パラメータである位相差閾値Ｔth、平均個数Ｎ、
周波数オフセット量ｆoff、位相補正時間の各パラメー
タ値において、周波数オフセット量ｆoff、位相補正時
間の各パラメータ値は、所望により、一定値を用いても
良い。例えば位相補正時間は１秒固定としても良い。

【００３４】また、上述実施例の説明では、図１に示す
具体構成例で説明していたが、図６に示すように、衛星
電波受信機１１に代え、通信網あるいは放送網で配信さ
れる基準周波数信号を受ける通信網・放送網受信復調装
置１１ｃを設け、クロック抽出回路でクロックを再生
し、これを分周器で分周して基準の時刻信号とする構成
手段がある。この場合は、通信網あるいは放送網で配信
される基準周波数信号に対応した精度及び位相同期した
出力周波数ｆoutを発生できる。無論、通信網の伝送回
線によるジッタやワンダが十分抑圧された純度の高い周
波数信号を発生できる利点も得られる。また同様に、衛
星電波受信機１１に代え、国家標準の標準電波を受信す
る標準電波受信機を設け、標準電波を受けて基準の時刻
信号とする構成手段がある。この場合にも、国家標準の
標準電波に対応した精度及び位相同期した出力周波数ｆ
outが発生できる利点が得られる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、上述の説明内容から、下記に
記載される効果を奏する。上述発明の構成によれば、第
１に、ウオームアップ後に分周器１５を強制リセットし
て小さな位相差に迄直ちに収束させる。その後残りの僅
かな位相差を対象として、第２に、比較的短時間の所定
測定間隔Ｔmの期間に得た所定サンプリング個数Ｎmの新
たな位相差データＴid及び最新の過去の位相差データＴ
idを用いて、位相差平均値Φavを求め、これが所定の位
相閾値Ｔthを超えた場合には周波数制御用演算手段を一
時停止させて、求めた位相差平均値Φavに対応する位相
補正期間Ｔ２と周波数オフセット量ｆoffを用いて位相
補正を短時間の間欠的に実施する手段を具備したことに
より、精密に良好な位相差の収束が実現できる。この結
果、外部からの揺らぎを含んだ超高精度な基準周波数信
号の位相に対して短時間で精密に同期できる大きな利点
が得られる。従って、高精度な出力周波数ｆoutの発生
と、位相関係とが共に重要視される利用形態において特
筆した利点が得られる。 従って本発明の技術的効果は
大であり、産業上の経済効果も大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、基準周波数発生装置の構成例。

【図２】本発明の、位相強制リセット手段の具体回路
例。

【図３】本発明の、制御フローチャート。

【図４】本発明の、図３の制御動作を説明するタイムチ
ャート。

【図５】本発明の、位相補正の制御パラメータの一例。

【図６】本発明の、通信網あるいは放送網で配信される
基準信号を受信する、他の構成例。

【図７】従来の、基準周波数発生装置の構成例。

【図８】本発明の、位相収束推移における各ステージ毎
の位相差閾値との比較結果例。

【符号の説明】

１０ 電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ） １１ 衛星電波受信機 １１ｃ 通信網・放送網受信復調装置 １２ 時間間隔測定部 １３ 周波数制御用演算手段 １４ ＤＡ変換器（Ｄ／Ａ） １５ 分周器 １６ 周波数変換器Ｂ １７ 周波数変換器Ａ ３０，３０ｂ 位相差制御手段 ５０ 加算器 ６０ 位相強制リセット手段 Ｔ２ 位相補正期間 Ｄfadj 周波数補正量 Ｎm サンプリング個数 ｆoff 周波数オフセット量 Ｔm 測定間隔 Ｔth 位相差閾値

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧制御型水晶発振器を備え、外部から
   の基準信号を受けて、該基準信号に同期追従させ、かつ
   該基準信号のタイミングに対しても位相同期させて高精
   度な基準周波数を発生する基準周波数・タイミング発生
   装置において、 該基準信号と当該電圧制御型水晶発振器との所定複数Ｎ
   回の位相偏差を相加平均した位相差平均値を求め、該位
   相差平均値が所定以上の偏差を示すときは現在の位相状
   態に対して所定の位相補正期間、所定の偏差補正量を一
   時的に付与して位相同期制御を行う手段を備えることを
   特徴とする基準周波数・タイミング発生装置。
2. 【請求項２】 電圧制御型水晶発振器を備え、外部から
   の基準信号を受けて、該基準信号に同期追従させ、かつ
   該基準信号のタイミングに対しても位相同期させて高精
   度な基準周波数を発生する基準周波数・タイミング発生
   装置において、 電源投入して所定のウオームアップの後においては、受
   信した該基準信号の位相状態に強制的に位相合わせを
   し、以後は該基準信号と当該電圧制御型水晶発振器との
   所定複数Ｎ回の位相偏差を相加平均した位相差平均値を
   求め、該位相差平均値が所定以上の偏差を示すときは現
   在の位相状態に対して所定の位相補正期間、所定の偏差
   補正量を一時的に付与して位相同期制御を行う手段を備
   えることを特徴とする基準周波数・タイミング発生装
   置。
3. 【請求項３】 電圧制御型水晶発振器を備え、外部から
   の基準信号を受けて、該電圧制御型水晶発振器の発振周
   波数を所定に分周した位相比較用の信号と該基準信号と
   の位相差を検出し、検出した位相差の偏差により該電圧
   制御型水晶発振器の電圧制御入力端を制御して、外部の
   該基準信号に同期追従、及び位相同期させて、高精度な
   基準周波数を発生する基準周波数・タイミング発生装置
   において、 電源投入して所定のウオームアップの後に、該電圧制御
   型水晶発振器の発振周波数を所定に分周した位相比較用
   の内部時刻信号を発生する分周手段の分周値をリセット
   実施して位相合わせを行う位相強制リセット手段と、 所定の測定間隔毎に該基準信号と該内部時刻信号との位
   相差データを所定サンプリング個数Ｎm個受けて、該所
   定サンプリング個数Ｎm個を含む以前に得た相加平均す
   る所定平均個数Ｎの位相差データを相加平均した位相差
   平均値を求め、第１に、前記で求めた位相差平均値が所
   定位相差未満の偏差値の場合は、該電圧制御型水晶発振
   器の発振周波数を高精度な周波数制御を行い、第２に、
   上記で求めた位相差平均値が所定位相差以上の偏差値の
   場合は、該位相差平均値を収束方向に補正する所定周波
   数オフセット量を求め、当該時点から所定の位相補正期
   間の間、該周波数オフセット量をＤＡ変換器の設定値へ
   加算付与して位相差ゼロ方向へ位相補正を行う精密位相
   差収束手段と、 を具備していることを特徴とする基準周波数・タイミン
   グ発生装置。
4. 【請求項４】 位相差平均値に応じて位相制御パラメー
   タである位相補正期間を段階的に変更して位相補正を行
   うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の基準周波
   数・タイミング発生装置。
5. 【請求項５】 位相差平均値に応じて位相制御パラメー
   タである電圧制御型水晶発振器の発振周波数の周波数オ
   フセット量を段階的に変更して位相補正を行うことを特
   徴とする請求項１、２又は３記載の基準周波数・タイミ
   ング発生装置。
6. 【請求項６】 位相差平均値に応じて位相制御パラメー
   タである相加平均個数を段階的に変更して位相補正を行
   うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の基準周波
   数・タイミング発生装置。
7. 【請求項７】 位相差平均値において複数種類の異なる
   相加平均個数を用いて各々位相差平均値を求め、求めた
   各々の位相差平均値に対応する位相差閾値で位相差を比
   較し、何れかが閾値超えした場合に位相制御を行う行う
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の基準周波数
   ・タイミング発生装置。
8. 【請求項８】 基準信号は、原子周波数標準器を内蔵す
   る人工衛星の電波による基準信号とする請求項１又は２
   記載の基準周波数・タイミング発生装置。
9. 【請求項９】 基準信号は、国家標準の標準電波を受信
   する標準電波受信機による基準信号とする請求項１又は
   ２記載の基準周波数・タイミング発生装置。
10. 【請求項１０】 基準信号は、通信網あるいは放送網で
    配信される信号の受信による基準信号とする請求項１又
    は２記載の基準周波数・タイミング発生装置。